TWI509685B - Regional temperature control constructs - Google Patents
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Description
本發明是關於具有表面溫度被控制成各不同溫度的區域之區域溫度控制構造體。
在對作為基板的半導體晶圓(以下簡稱「晶圓」)實施電漿處理的基板處理裝置中載置晶圓的載置台(基座)，有將載置面分割成複數的環狀溫度區域來控制，在各環狀溫度區域支撐晶圓的基座為人所知。
如在各環狀溫度區域支撐晶圓的基座那樣，表面被控制成複數的溫度區域的區域溫度控制構造體、或具有被調整成不同溫度的複數個組織溫度區域構件的組織構造體中，在分別調節各區域的溫度時，會有在鄰接的不同環狀溫度區域的境界面或連結面中產生熱的移動，熱效率降低的問題。並且，會有無法確保區域彼此間的溫度差的其他問題。
於是，為防止該區域溫度控制構造體或組織構造體的溫度調節時的熱效率的降低，且確保區域彼此間的溫度差，而使隔熱材配置於鄰接的區域彼此間，或以熱傳導率不同的原材料來構成鄰接的區域的技術被開發(例如參照專利文獻1)。
[專利文獻1]特開2004-292297號公報
然而，在區域溫度控制構造體中使隔熱材配置於被控制成不同溫度的區域彼此間時，雖可防止隔著隔熱材的區域彼此間的熱傳導，但對於來自與各區域的配列方向交叉的方向的熱輸入而言，隔熱材的正上部的溫度要比周圍的溫度更高，而有形成溫度的特異點(以下稱為「熱點」)的問題。熱點不僅會阻礙被調整控制成預定溫度的該區域的溫度均一性，而且也會成為使熱效率降低的原因。
本發明的目的是在於提供一種具有被控制成不同溫度的2個以上的區域之構造體，可抑制沿著各區域的配列方向的熱傳導來保持溫度差的同時，對於來自與各區域的配列方向交叉的方向的熱輸入是可確保順暢的熱傳導而抑制熱點的發生之區域溫度控制構造體。
為了達成上述目的，本發明的區域溫度控制構造體的特徵係具有：表面溫度分別被控制不同溫度的2個以上的區域；及被配置於上述2個以上的區域彼此間的熱傳導異向性材料層，上述熱傳導異向性材料層係沿著上述2個以上的區域的配列方向的熱傳導率要比與上述2個以上的區域的配列方向交叉的方向的熱傳導率還小。
若根據本發明的態樣，則由於具有表面溫度分別被控制成不同溫度的2個以上的區域、及配置於該2個以上的區域彼此間的熱傳導異向性材料層，熱傳導異向性材料層是沿著該2個以上的區域的配列方向的熱傳導率要比與該2個以上的區域的配列方向交叉的方向的熱傳導率還要小，因此可抑制沿著2個以上的區域的配列方向的熱移動來確保溫度差的同時，對於來自與2個以上的區域的配列方向交叉的方向的熱輸入是可確保順暢的熱傳導而抑制熱點的發生。
在本發明的態樣中，較理想是上述熱傳導異向性材料層係於沿著上述2個以上的區域的配列方向的熱傳導和與配列方向交叉的方向的熱傳導的相對性的關係中，對於沿著上述2個以上的區域的配列方向的熱傳導係具有作為隔熱層的機能，對於與上述2個以上的區域的配列方向交叉的方向的熱傳導係具有作為熱傳導層的機能。
在本發明的態樣中，較理想是在上述熱傳導異向性材料層，與上述2個以上的區域的配列方向交叉的方向的熱傳導率對沿著上述2個以上的區域的配列方向的熱傳導率的比為7以上。
在本發明的態樣中，較理想是上述熱傳導異向性材料層係由從鈦-碳、鋁-碳纖維、鈦-鋁及玻璃狀碳-碳所選擇的複合材來形成。
在本發明的態樣中，較理想是上述2個以上的區域係以熱傳導同向性材料所形成。
在本發明的態樣中，較理想是上述區域溫度控制構造體為上述2個以上的區域被配列於預定方向的板狀體，上述熱傳導異向性材料層係於厚度方向貫通上述板狀體。
在本發明的態樣中，較理想是在上述2個以上的區域分別設有溫度調整手段，上述熱傳導異向性材料層係配置於鄰接的溫度調整手段彼此間。
在本發明的態樣中，較理想是上述溫度調整手段為流通熱交換媒體的環狀媒體流路、冷卻元件、或電阻加熱體。
在本發明的態樣中，較理想是上述區域溫度控制構造體為基板處理裝置的載置台、上部電極板及沈積物屏蔽的其中任一個。
以下，利用圖面來詳細說明有關本發明的實施形態。
圖1是表示適用本發明的實施形態的區域溫度控制構造體作為構成構件的基板處理裝置的概略構成的剖面圖。
在圖1中，此基板處理裝置是對晶圓施以預定的電漿蝕刻處理者。
基板處理裝置10是具有收容晶圓W的腔室11，在腔室11內配置有用以載置晶圓W的圓板狀的基座12。藉由腔室11的內側壁與基座12的側面來形成側方排氣路13。在側方排氣路13的途中配置有排氣板14。
排氣板14是具有多數的貫通孔的板狀構件，具有作為將腔室11的內部隔成上部及下部的隔板之機能。如後述般在藉由排氣板14來隔開之腔室11內部的上部(以下稱為「處理室」)15產生電漿。並且，在腔室11內部的下部(以下稱為「排氣室(集流腔)」)16連接用以將腔室11內的氣體排出的排氣管17。排氣板14是捕捉或反射在處理室15產生的電漿，防止往集流腔16洩漏。
在排氣管17連接TMP(Turbo Molecular Pump)及DP(Dry Pump)(皆圖示省略)，該等的泵是將腔室11內抽真空而減壓至預定壓力。另外，腔室11內的壓力是藉由APC閥(圖示省略)來控制。
在腔室11內的基座12是經由第1整合器19來連接第1高頻電源18，且經由第2整合器21來連接第2高頻電源20，第1高頻電源18是將比較低的頻率、例如2MHz的偏壓用的高頻電力施加於基座12，第2高頻電源20是將比較高的高頻、例如60MHz的電漿生成用的高頻電力施加於基座12。藉此，基座12具有作為電極的機能。並且，第1整合器19及第2整合器21是降低來自基座12的高頻電力的反射而使高頻電力往基座12的施加效率形成最大。
在基座12的上部配置內部具有靜電電極板22的靜電吸盤23。靜電吸盤23具有階差，以陶瓷等所構成。
在靜電電極板22連接直流電源24，一旦正的直流電壓被施加於靜電電極板22，則會在晶圓W的靜電吸盤23側的面(以下稱為「背面」)產生負電位，而於靜電電極板22及晶圓W的背面之間產生電位差，藉由此電位差所引起的庫倫力或Johnson-Rahbek力來將晶圓W吸附保持於靜電吸盤23。
並且，在靜電吸盤23，聚焦環25會被載置於靜電吸盤23的階差的水平部，而使能夠包圍所被吸附保持的晶圓W。聚焦環25是例如藉由矽(Si)或碳化矽(SiC)所構成。
在基座12的內部是設有例如後述延伸於圓周方向的環狀的環狀媒體流路。從冷卻單元(圖示省略)經由媒體用配管來循環供給低溫的熱交換媒體例如冷卻水或Galden(註冊商標)至環狀媒體流路。藉由熱交換媒體來冷卻的基座12是經由靜電吸盤23來冷卻晶圓W及聚焦環25。另外，環狀媒體流路的用途並非限於冷卻，亦可用於常溫的維持或加熱時。因此，流動於環狀媒體流路的流通媒體是作為一般熱交換媒體使用即可，環狀媒體流路是作為熱交換環狀媒體流路使用。
在靜電吸盤23吸附保持晶圓W的部分(以下稱為「吸附面」)有複數的傳熱氣體供給孔28開口著。傳熱氣體供給孔28是經由傳熱氣體供給路線29來連接至傳熱氣體供給部(圖示省略)，傳熱氣體供給部是將作為傳熱氣體的He(氦)氣體經由傳熱氣體供給孔28來供給至吸附面與晶圓W背面的間隙。被供給至吸附面與晶圓W背面的間隙之He氣體是將晶圓W的熱有效地傳達至靜電吸盤23。
在腔室11的頂部，以能夠隔著處理室15的處理空間S來與基座12對向的方式配置淋浴頭30。淋浴頭30是具有上部電極板31、及可裝卸地垂吊此上部電極板31的冷卻板32、及覆蓋冷卻板32的蓋體33。上部電極板31是由具有貫通於厚度方向的多數個氣體孔34的圓板狀構件所構成，藉由半導電體的Si或SiC所構成。並且，在冷卻板32的內部設有緩衝室35，在緩衝室35連接處理氣體導入管36。
並且，淋浴頭30的上部電極板31是被接地。
在如此構成的基板處理裝置10中，從處理氣體導入管36供給至緩衝室35的處理氣體會經由上部電極板31的氣體孔34來往處理室15內部導入，所被導入的處理氣體是藉由從第2高頻電源20經由基座12來往處理室15內部施加的電漿生成用的高頻電力所激發而成為電漿。電漿中的離子是藉由第1高頻電源18施加於基座12的偏壓用的高頻電源來朝晶圓W引入，對晶圓W實施電漿蝕刻處理。
基板處理裝置10的各構成構件的動作是基板處理裝置10所具備的控制部(圖示省略)的CPU會按照對應於電漿蝕刻處理的程式來控制。
為了在如此的基板處理裝置中，謀求處理空間S的自由基密度的均一化，而將基座12的表面分割成中心區域、及包圍該中心區域的邊端區域，調整成邊端區域的溫度要比中心區域的溫度更低。此時，為了防止在基座12的中心區域與邊端區域的環狀境界部產生的熱傳導所引起的熱效率的降低，而考量在中心區域與邊端區域的境界部配置隔熱材。隔熱材雖可防止中心區域與邊端區域之間的熱移動，但對於伴隨處理空間S的電漿發生之來自上方的熱輸入也具有作為隔熱材的機能，所以在該隔熱材的上部形成熱點，因此處理空間S的自由基密度不會形成均一，進而會有無法使熱效率提升的問題。
本發明者針對表面被控制成複數的區域溫度之區域溫度控制構造體之沿著鄰接的區域彼此間的各區域的配列方向的熱傳導及與各區域的配列方向交叉的方向的熱傳導深入研究的結果，發現藉由在複數的區域彼此間配置熱傳導異向性材層，可抑制複數的區域彼此間的熱傳導來維持溫度差，且可促進與複數的區域的配列方向交叉的方向的熱傳導來迴避熱點的形成，達成本發明。
亦即，本發明的實施形態的區域溫度控制構造體是具有：表面溫度被控制成各不同溫度的2個以上的區域、及配置於該2個以上的區域彼此間的熱傳導異向性材料層，熱傳導異向性材料層的特徵是沿著該2個以上的區域的配列方向的熱傳導率要比與該2個以上的區域的配列方向交叉的方向的熱傳導率還小。
其次，利用圖面來說明有關本發明的原理。
圖2是表示本發明的實施形態的區域溫度控制構造體之一例的概略構成的剖面圖。
在圖2中，構成基座12的一部分的區域溫度控制構造體40主要是由：具有圖2中於水平半徑方向鄰接配置的第1環狀溫度區域41及第2環狀溫度區域42之構造體本體45、及設於第1環狀溫度區域41內之作為第1溫度調整手段的第1環狀媒體流路43、及設於第2環狀溫度區域42內之作為第2溫度調整手段的第2環狀媒體流路44、及配置於第1環狀溫度區域41與第2環狀溫度區域42之間的環狀境界構件46(熱傳導異向性材料層)所構成。構造體本體45是以熱傳導同向性材料例如碳所構成。另外，以下方便起見，將表面溫度被調成不同溫度的區域的配列方向稱為水平半徑方向，將與區域的配列方向交叉的方向稱為垂直方向。
環狀境界構件46是與環狀媒體流路43及44的熱交換媒體的流通方向正交的剖面為呈T字型(在圖3A～圖3D是作為切片來顯示)，剖面T字型的垂直部分(以下稱為「隔開部分」)是配置於第1環狀溫度區域41與第2環狀溫度區域42之間，剖面T字型的水平部分的兩端部是配置成架於第1環狀媒體流路43及第2環狀媒體流路44的上部。
在如此構成的區域溫度控制構造體40中，假想分別適用圖3A～圖3D所示的4個環狀境界構件46a～46d(切片)的模擬模型作為環狀境界構件46。
圖3A～圖3D是表示配置於圖2的第1環狀溫度區域41及第2環狀溫度區域42之間的環狀境界構件的立體圖。
圖3A的環狀境界構件46a是例如剖面T字型的水平部分的長度為10mm，寬度為5mm，隔開部分的全長為10mm，寬度為1.7mm。環狀境界構件46a是表示剖面T字型的全體以同向性地顯示熱傳導性的熱傳導同向性材料例如碳所構成。
圖3B的環狀境界構件46b是例如剖面T字型的水平部分的長度為10mm，寬度為5mm，隔開部分的全長為10mm，寬度為0.5mm。環狀境界構件46b是水平部分以碳所構成，且隔開部分全部以隔熱材例如鈦所構成。
圖3C的環狀境界構件46c是剖面T字型的各尺寸與圖3A的環狀境界構件46a同樣，水平部分是以碳所構成，且隔開部分全部以隔熱材例如鈦所構成。此環狀境界構件46c與圖3A的環狀境界構件46a不同之處是在隔開部分，有關隔開部分的寬度方向(水平半徑方向)例如設置5層預定間隔例如0.3mm間隔、預定寬度例如0.1mm寬度的隔熱材層者。隔熱材為使用適於圖3B的隔開部分的鈦。此環狀境界構件46c的隔開部分是具有作為熱傳導異向性材(以下稱為「傾斜材」)的性質，對於水平半徑方向的熱傳導例如具有作為隔熱材的機能，對於垂直方向的熱傳導例如具有熱傳導材的機能。
圖3D的環狀境界構件46d是剖面T字型的各尺寸與圖3A的環狀境界構件46a同樣，剖面T字形的全體是以碳所構成。此環狀境界構件46d與圖3A的環狀境界構件46a不同之處是在水平部分及隔開部分的全體，有關水平半徑方向設置多數預定間隔例如0.3mm間隔、預定寬度例如0.1mm寬度的隔熱材層的點。此環狀境界構件46d是具有剖面T字型的全體作為傾斜材的性質，對於水平半徑方向的熱傳導例如具有作為隔熱材的機能，對於垂直方向的熱傳導例如具有作為熱傳導材的機能。
假想分別適用圖3A～圖3D的各環狀境界構件46a～46d的模擬模型，作為圖2的區域溫度控制構造體40的環狀境界構件46，求取使第1環狀溫度區域41的第1環狀媒體流路43形成308(K)(kelvin)那樣的熱交換媒體流通的同時，使第2環狀溫度區域42的第2環狀媒體流路44形成323(K)那樣的熱交換媒體流通時之第1環狀溫度區域41及第2環狀溫度區域42的表面之圖2中的水平半徑方向的溫度分布，將結果顯示於圖4。
並且，在流動第1環狀媒體流路43及第2環狀媒體流路44皆形成308(K)那樣的熱交換媒體的狀態下，照射藉由從上部施加28000(W/m2)的電力而生成的電漿所引起產生的熱，求取第1環狀溫度區域41及第2環狀溫度區域42的表面之圖2中的水平半徑方向的溫度分布，將結果顯示於圖5。
圖4是表示對於圖3A～圖3D所示的環狀境界構件的水平半徑方向的熱傳導的特性圖。
圖4中，縦軸是表示區域的溫度(K)，橫軸是表示離第1環狀溫度區域41與第2環狀溫度區域42的境界面(0)之距離。
在圖4中，如虛線所示，使用圖3A的環狀境界構件46a的構造體是第1環狀溫度區域41的表面溫度會被第2環狀溫度區域42的表面溫度牽引而上昇，另一方面，第2環狀溫度區域42的表面溫度會被第1環狀溫度區域41的表面溫度牽引而降低，第1環狀溫度區域41的表面溫度與第2環狀溫度區域42的表面溫度的境界形成不明確。另外，第1環狀溫度區域41與第2環狀溫度區域42是如上述般皆以熱傳導同向性材料所構成，所以可想各區域的表面溫度與內部溫度是均一。因此，以下會有不特別區別各區域的表面溫度與內部溫度，僅稱區域的溫度之情形。
如一點鏈線所示，使用圖3B的環狀境界構件46b的構造體是第1環狀溫度區域41與第2環狀溫度區域42的溫度境界明確，可知環狀境界構件46b對於沿著第1環狀溫度區域41及第2環狀溫度區域42的配列方向的熱傳導具有作為隔熱材的機能。
又，如實線所示，使用圖3C的環狀境界構件46c的構造體是與使用圖3B的環狀境界構件46b的構造體同樣，第1環狀溫度區域41與第2環狀溫度區域42的溫度境界明確，可知環狀境界構件46c對於沿著區域配列方向的熱傳導具有作為隔熱材的機能。
另一方面，如二點鏈線所示，使用圖3D的環狀境界構件46d的構造體是第1環狀溫度區域41與第2環狀溫度區域42的溫度差相較於使用環狀境界構件46b及46c的構造體時變大，可知對於沿著區域配列方向的熱傳導之作為隔熱材的機能會增大。藉此，在使用環狀境界構件46d時，流動於第1環狀媒體流路43的第1熱交換媒體及流動於第2環狀媒體流路44的第2熱交換媒體的冷卻作用會有效地顯現。
由圖4的結果可知，環狀境界構件46b、環狀境界構件46c及環狀境界構件46d適合作為維持第1環狀溫度區域41與第2環狀溫度區域42的溫度差之環狀境界構件。
另一方面，圖5是表示對於圖3A～圖3D的環狀境界構件的垂直方向的熱傳導的特性圖。
圖5中，縦軸是表示區域的溫度(K)，橫軸是表示離第1環狀溫度區域41與第2環狀溫度區域42的境界面(0)之距離。
在圖5中，如虛線所示，適用環狀境界構件46a的構造體是垂直方向的熱的移動會順暢，構造體本體45的表面溫度是在309(K)大致形成均一。這是因為環狀境界構件46a全體為熱傳導同向性材料所構成，同向性地顯現熱傳導性。
相對的，如一點鏈線所示，適用環狀境界構件46b的構造體是環狀境界構件46b的上部形成比周圍的溫度更高的熱點。這是因為配置於隔開部分的隔熱材層對於垂直方向的熱傳導也具有作為隔熱材的機能，在環狀境界構件46b的上部形成溫度的特異點。
又，如實線所示，適用環狀境界構件46c的構造體是在環狀境界構件46c的上部可見溫度比周圍的部分高若干的部分，但相較於環狀境界構件46b的該處之溫度，可謂十分地低。因此，可知在適用環狀境界構件46c的構造體中，構成隔開部分的傾斜材對於垂直方向的熱傳導不是隔熱材，而是具有作為熱傳導材的機能。
另一方面，如二點鏈線所示，適用環狀境界構件46d的構造體是不見熱點的發生，但垂直方向的熱的擴散會全體被阻礙，構造體本體45的表面全體的溫度相較於適用其他的環狀境界構件的構造體是上昇。藉此，可知環狀境界構件46d對於垂直方向的熱傳導是具有作為弱隔熱材的機能。
將圖4及圖5的結果的評價彙整於下記表1顯示。
表1是將圖3A～圖3D的環狀境界構件46a～46d之水平半徑方向的隔熱性及垂直方向的熱傳導性的評價予以彙整顯示者。在此，「○」是表示其性質良好，△是表示非良好但也非不良，×是表示不良。另外，本實施形態的隔熱性是意思難傳熱，但非意思完全不傳熱。
由表1可知，對於水平半徑方向的熱傳導具有作為隔熱材的機能，對於垂直方向的熱傳導具有作為熱傳導材的機能之環狀境界構件是在隔開部分適用傾斜材之圖3C的環狀境界構件46c為有效。
亦即，可知在具有第1環狀溫度區域41及第2環狀溫度區域42之圖2的區域溫度控制構造體40中，為了一面維持第1環狀溫度區域41與第2環狀溫度區域42的溫度差，一面對於來自上部的熱輸入抑制熱點的發生，只要在第1環狀溫度區域41與第2環狀溫度區域42之間配置一沿著水平半徑方向的熱傳導率要比垂直方向的熱傳導率還小的傾斜材即可，換言之，配置一對於水平半徑方向的熱傳導具有作為隔熱材的機能，對於垂直方向的熱傳導具有作為熱傳導材的機能之傾斜材即可。
因此，本發明是在具備表面溫度被控制成各不同溫度的2個以上的區域之區域溫度控制構造體中，在各區域彼此間配置一沿著水平半徑方向的熱傳導率要比沿著垂直方向的熱傳導率還小的傾斜材。
以下，說明有關本發明的第1實施形態的區域溫度控制構造體。
圖6是表示作為本發明的第1實施形態的區域溫度控制構造體的基座的概略構成剖面圖。
在圖6中，此基座12的主要構成是：具有作為第1環狀溫度區域的中心區域51及作為第2環狀溫度區域的邊端區域52之基座本體55、及設於基座本體55的中心區域51內的第1環狀媒體流路53及設於邊端區域52內的第2環狀媒體流路54、及配置於第1環狀媒體流路53及第2環狀媒體流路54之間由熱傳導異向性材料所構成的傾斜材56。另外，基座本體55是以熱傳導同向性材料例如金屬鋁所構成。
基座12是呈圓板狀，其直徑是例如320～400mm，厚度是20～50mm，但該等的數值當然是按照載置於基座12的晶圓W大小而變。在基座12的上部表面經由靜電吸盤57來載置晶圓W，且以能夠包圍被靜電吸盤57吸附保持的晶圓W之方式配置聚焦環58。基座12的中心區域51是藉由流動於第1環狀媒體流路53之比較高溫的熱交換媒體所冷卻，邊端區域52是藉由流動於第2環狀媒體流路54之比較低溫的熱交換媒體所冷卻。
傾斜材56是在第1環狀媒體流路53與第2環狀媒體流路54之間，中心區域51與邊端區域52的境界部，以能夠貫通基座本體55於其厚度方向的方式配置。因此，傾斜材56是呈配置於圓板狀的中心區域51與圓環狀的邊端區域52之間的圓環狀。
被載置於如此構成的基座12的晶圓W的溫度是依據基座12的表面的中心區域51及邊端區域52的溫度，乃至流動於中心區域51內的第1環狀媒體流路53的媒體溫度及流通於邊端區域52內的第2環狀媒體流路54的媒體溫度而定。
將圖6的基座12配置於圖1的基板處理裝置10的腔室11內，使例如323(K)的熱交換媒體流通於第1環狀媒體流路53，使例如308(K)的熱交換媒體流通於第2環狀媒體流路54，往處理室15內導入處理氣體，且從第2高頻電源20經由基座12來施加電漿生成用的高頻電力，激發處理氣體，藉此使電漿產生時，基座12的中心區域51的表面是比323(K)些微高，例如形成324(K)，邊端區域52的表面是比308(K)些微高，例如形成309(K)。並且，此時，電漿所引起之來自處理空間S的熱輸入會被均等地傳達於基座12的全表面，不會有在傾斜材56的上部形成有熱點的情形。晶圓W的上方的箭號是表示伴隨電漿的發生之熱輸入。
若根據本實施形態，則可抑制具有被調整控制成不同溫度的中心區域51及邊端區域52的基座12之沿著水平半徑方向的熱傳導而來保持兩區域的溫度差的同時，對於來自垂直方向的熱輸入是可確保順暢的熱移動而防止熱點的發生，進而可使熱效率提升。
又，若根據本實施形態，則由於將傾斜材56設成貫通於基座本體55的厚度方向者，因此對於水平半徑方向的熱傳導可取得大的隔熱效果，藉此，可將熱交換媒體的相互干涉形成最小，所以可抑制能量的損失。本實施形態的基座12在維持基座表面的中心區域51與邊端區域52的溫度差的同時，想要使基座全體的熱效率提升時有效。
在本實施形態中，傾斜材56的水平半徑方向的厚度是依中心區域51與邊端區域52之間所被要求的隔熱程度而定。亦即，被要求強隔熱性時，傾斜材56的厚度厚，只要取得弱隔熱性即足夠時，傾斜材56的厚度薄。增厚傾斜材56的厚度的結果，傾斜材56的側面亦可形成抵接於第1環狀媒體流路53及第2環狀媒體流路54的側面之狀態。藉由使傾斜材56抵接於第1環狀媒體流路53及第2環狀媒體流路54的雙方或其中任一方，當基座全體難以確保物理性強度時，強化第1環狀媒體流路53的側面及第2環狀媒體流路54的側面的雙方或其中任一方、或基座本體55本身為理想。另外，傾斜材56是以熱膨脹率和基座本體55同等的材料、或可吸收與鄰接構件的熱膨脹差的材料來形成為理想。
在本實施形態中，將被調整控制成不同溫度的環狀溫度區域設為中心區域51及邊端區域52的2個，但不同的環狀溫度區域並非限於2個，亦可為3個以上。
在本實施形態中，傾斜材56是對於水平半徑方向的熱傳導具有作為隔熱材的機能，對於垂直方向的熱傳導具有作為熱傳導材的機能，例如由鈦(Ti)與碳(C)、鋁(Al)與碳纖維、鈦-鋁及玻璃狀碳-碳所選擇的複合材來構成者為理想。
在本實施形態中，傾斜材56的水平半徑方向的熱傳導率與垂直方向的熱傳導率是依彼此的相對關係而定。具體而言，當作為傾斜材使用的材料為鈦-碳時，難熱傳達方向的熱傳導率是10(W/(m‧K))及易熱傳達方向的熱傳導率是200(W/(m‧K))，在鋁-碳纖維時同樣分別為150(W/(m‧K))及1000(W/(m‧K))，在玻璃狀碳與碳時是分別為10(W/(m‧K))及200(W/(m‧K))，在鈦與鋁時是分別為10(W/(m‧K))及150(W/(m‧K))。藉此，只要以傾斜材56之垂直方向的熱傳導率對於水平半徑方向的熱傳導率的比能夠形成大概7以上的方式來選擇即可。
在本實施形態中，針對設於中心區域51與邊端區域52內的溫度調整手段是針對流通熱交換媒體的環狀媒體流路時進行說明，但在本實施形態中溫度調整手段並非限於環狀媒體流路，亦可為熱電元件(例如冷卻元件)及其他的加熱器，例如電阻加熱體。藉由採用環狀媒體流路、熱電元件、電阻加熱體等作為溫度調節手段，控制容易，且可確保長壽命。
以下說明有關第1實施形態的變形例。
圖7是表示圖6的基座的變形例的剖面圖。
在圖7中，此基座62與圖6的基座12不同之處，是取代貫通於基座本體55的厚度方向之傾斜材56，而設置從基座本體55的上部表面延伸至其厚度方向的中間點之傾斜材66的點。
若根據此變形例，則與圖6的基座同樣，可抑制沿著中心區域51與邊端區域52的境界面之水平半徑方向的熱傳導而保持溫度差的同時，對於電漿所引起之來自基座62的上方的熱輸入是可確保順暢的熱移動而防止傾斜材66的上部之熱點的發生。
本變形例的基座62是即使基座全體的熱效率某程度降低，還是想要確保基座表面的中心區域51與邊端區域52的溫度差時有效。
以下，說明有關本發明的第2實施形態的區域溫度控制構造體。
圖8是表示作為本發明的第2實施形態的區域溫度控制構造體的沈積物屏蔽(以下稱為「環狀沈積物屏蔽」)的剖面圖。
環狀沈積物屏蔽是設於基板處理裝置的腔室內，用以藉由將其表面溫度設定成某程度高來防止沈積物的附著，通常表面溫度是設定於400(K)～450(K)。但，例如為了保護設置於環狀沈積物屏蔽的感測器等，會有欲使沈積物附著的情形，只覆蓋對應於感測器的設置位置的部分。該情況是被控制成僅對應於感測器的設置位置的部分要比周圍的溫度更低溫，促進沈積物的附著。如此被適用的環狀沈積物屏蔽是區域溫度控制構造體。
圖8中，在基板處理裝置10的腔室11的側壁設有環狀沈積物屏蔽75。環狀沈積物屏蔽75是以顯示同向性的熱傳導性之例如鋁材所構成。環狀沈積物屏蔽75是被區劃成低溫區域71及高溫區域72，在低溫區域71設有低溫用的環狀媒體流路73，在高溫區域72設有高溫用的環狀媒體流路74。在低溫區域71與高溫區域72的境界部分配設有貫通於環狀沈積物屏蔽75的厚度方向的傾斜材76。
利用具備如此構成的環狀沈積物屏蔽75的基板處理裝置10來對經由靜電吸盤23而載置於基座12的上部表面的晶圓W實施預定的電漿處理，一旦使例如308(K)的熱交換媒體流通於環狀沈積物屏蔽75的低溫用的環狀媒體流路73，使例如400(K)的熱交換媒體流通於高溫用的環狀媒體流路74，則低溫區域71的表面溫度是例如形成310(K)，高溫區域72的表面溫度是例如形成398(K)，兩者的溫度差是被良好地保持。並且，此時，對於電漿所引起之來自處理空間S的熱輸入，也不會在傾斜材76的上部形成熱點的情形。
若根據本實施形態，則可確保低溫區域71與高溫區域72的溫度差，且即使對於電漿所引起之來自處理空間S的熱輸入，也不會有形成熱點的情形，可使均一地傳導於全區域。
其次，說明有關本發明的第3實施形態的區域溫度控制構造體。
圖9是表示作為本發明的第3實施形態的區域溫度控制構造體的上部電極板的剖面圖。
上部電極板是對處理空間S供給處理氣體的淋浴頭的構成構件，在處理空間S內施加高頻電力，激發處理氣體而使電漿產生時的電極，在中心部分及邊端部分設溫度差時是成為區域溫度控制構造體。
在圖9中，設於基板處理裝置10的腔室11內之淋浴頭30的構成構件的上部電極板85是由熱傳導同向性材料例如Si所構成之直徑300～500mmΦ
、厚度5～10mm的圓板狀，隔著處理空間S來與經由靜電吸盤23而載置於基座12的上部表面之晶圓W對向。上部電極板85是具有分別與基座12的圖6所示的中心區域51及邊端區域52對向的電極板中心區域81及電極板邊端區域82，且在電極板中心區域81及電極板邊端區域82的境界部，傾斜材86會被配置成貫通於其厚度方向。
如此構成的上部電極板85的電極板中心區域81及電極板邊端區域82是與圖6的基座12的中心區域51及邊端區域52同樣被調整成各不同的溫度，且雖接受伴隨處理空間S的電漿發生之來自圖9中下方的熱輸入，但因在電極板中心區域81及電極板邊端區域82之間配置傾斜材86，所以可一面將電極板中心區域81及電極板邊端區域82的溫度分別保持於各不同的溫度，一面在上部電極板85的圖9中下方表面均等地接受伴隨處理空間S的電漿發生之熱輸入，藉此可迴避熱點的形成。
以上，利用實施形態來說明有關本發明，但本發明並非限於上述實施形態者。
10．．．基板處理裝置
11．．．腔室
12．．．基座
13．．．側方排氣路
14．．．排氣板
15．．．處理室
16．．．集流腔
17．．．排氣管
18．．．第1高頻電源
19．．．第1整合器
20．．．第2高頻電源
21．．．第2整合器
22．．．靜電電極板
23．．．靜電吸盤
24．．．直流電源
25．．．聚焦環
28．．．傳熱氣體供給孔
29．．．傳熱氣體供給路線
30．．．淋浴頭
31．．．上部電極板
32．．．冷卻板
33．．．蓋體
34．．．氣孔
35．．．緩衝室
36．．．處理氣體導入管
40．．．區域溫度控制構造體
41．．．第1環狀溫度區域
42．．．第2環狀溫度區域
43．．．第1環狀媒體流路
44．．．第2環狀媒體流路
45．．．構造體本體
46．．．環狀境界構件
46a～46d．．．環狀境界構件
51．．．中心區域
52．．．邊端區域
53．．．第1環狀媒體流路
54．．．第2環狀媒體流路
55．．．基座本體
56．．．傾斜材
57．．．靜電吸盤
58．．．聚焦環
62．．．基座
66．．．傾斜材
71．．．低溫區域
72．．．高溫區域
73．．．低溫用環狀媒體流路
74．．．高溫用環狀媒體流路
75．．．環狀沈積物屏蔽
76．．．傾斜材
81．．．電極板中心區域
82．．．電極板邊端區域
85．．．上部電極板
86．．．傾斜材
W．．．晶圓
圖1是表示適用本發明的實施形態的區域溫度控制構造體作為構成構件的基板處理裝置的概略構成剖面圖。
圖2是表示本發明的實施形態的區域溫度控制構造體之一例的概略構成剖面圖。
圖3A是表示配置於圖2的第1環狀溫度區域及第2環狀溫度區域之間的環狀境界構件的剖面切片的立體圖。
圖3B是表示配置於圖2的第1環狀溫度區域及第2環狀溫度區域之間的環狀境界構件的剖面切片的立體圖。
圖3C是表示配置於圖2的第1環狀溫度區域及第2環狀溫度區域之間的環狀境界構件的剖面切片的立體圖。
圖3D是表示配置於圖2的第1環狀溫度區域及第2環狀溫度區域之間的環狀境界構件的剖面切片的立體圖。
圖4是表示對於圖3A～圖3D所示的環狀境界構件的水平半徑方向的熱傳導的特性圖。
圖5是表示對於圖3A～圖3D的環狀境界構件的垂直方向的熱傳導的特性圖。
圖6是表示作為本發明的第1實施形態的區域溫度控制構造體的基座的概略構成剖面圖。
圖7是表示圖6的基座的變形例的剖面圖。
圖8是表示作為本發明的第2實施形態的區域溫度控制構造體的沈積物屏蔽的概略構成剖面圖。
圖9是表示作為本發明的第3實施形態的區域溫度控制構造體的上部電極板的概略構成剖面圖。
10．．．基板處理裝置
32．．．冷卻板
30．．．淋浴頭
33．．．蓋體
36．．．處理氣體導入管
35．．．緩衝室
24．．．直流電源
18．．．第1高頻電源
19．．．第1整合器
17．．．排氣管
12．．．基座
25．．．聚焦環
22．．．靜電電極板
28．．．傳熱氣體供給孔
S．．．處理空間
23．．．靜電吸盤
34．．．氣孔
31．．．上部電極板
W．．．晶圓
29．．．傳熱氣體供給路線
11．．．腔室
15．．．處理室
13．．．側方排氣路
14．．．排氣板
16．．．集流腔
20．．．第2高頻電源
21．．．第2整合器
Claims (9)
- 一種區域溫度控制構造體，其特徵係具有：表面溫度分別被控制成不同溫度的2個以上的區域；及被配置於上述2個以上的區域彼此間的熱傳導異向性材料層，上述熱傳導異向性材料層係沿著上述2個以上的區域的配列方向的熱傳導率要比與上述2個以上的區域的配列方向交叉的方向的熱傳導率還小，複數溫度區域分割控制構造體為基板處理裝置的載置台，熱傳導異向性材料層係從與配列方向交叉的方向接受電漿所引起之來自處理空間的熱輸入。
- 如申請專利範圍第1項之構造體，其中，上述熱傳導異向性材料層係於沿著上述2個以上的區域的配列方向的熱傳導和與配列方向交叉的方向的熱傳導的相對性的關係中，對於沿著上述2個以上的區域的配列方向的熱傳導係具有作為隔熱層的機能，對於與上述2個以上的區域的配列方向交叉的方向的熱傳導係具有作為熱傳導層的機能。
- 如申請專利範圍第1項之構造體，其中，在上述熱傳導異向性材料層，與上述2個以上的區域的配列方向交叉的方向的熱傳導率對沿著上述2個以上的區域的配列方向的熱傳導率的比為7以上。
- 如申請專利範圍第1項之構造體，其中，上述熱傳導異向性材料層係由從鈦-碳、鋁-碳纖維、鈦-鋁及玻璃狀碳-碳所選擇的複合材來形成。
- 如申請專利範圍第1項之構造體，其中，上述2個以上的區域係以熱傳導同向性材料所形成。
- 如申請專利範圍第1項之構造體，其中，上述區域溫度控制構造體為上述2個以上的區域被配列於預定方向的板狀體，上述熱傳導異向性材料層係於厚度方向貫通上述板狀體。
- 如申請專利範圍第1項之構造體，其中，在上述2個以上的區域分別設有溫度調整手段，上述熱傳導異向性材料層係配置於鄰接的溫度調整手段彼此間。
- 如申請專利範圍第7項之構造體，其中，上述溫度調整手段為流通熱交換媒體的環狀媒體流路、冷卻元件、或電阻加熱體。
- 如申請專利範圍第1項之構造體，其中，上述區域溫度控制構造體為基板處理裝置的載置台、上部電極板及沈積物屏蔽的其中任一個。
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